實驗闡述磷酸法制木質顆粒活性炭工藝條件
活性炭是一種優良的吸附劑,按顆粒大小分顆粒活性炭(GAC)和粉末活性炭(PAC),目前廣泛用顆粒活性炭去除水中臭味,天然和合成的有機物以及微污染物質。
顆粒活性炭主要采用兩種活化手段,一種是化學法,一種是物理法。化學法是用氯化鋅或磷酸等化學品為活化劑,針對的原料主要為木屑;物理法是選用水蒸氣或二氧化碳等為活化劑,針對的原料為煤、木材、果殼等。
“椰島”水處理公司對磷酸木屑混化料進行低溫加熱,利用其自身熱解過程中產生的焦油作為粘結劑,制得強度較高的顆粒活性炭。本課題對磷酸制備顆粒活性炭的工藝條件、塑化機理等進行了研究,為制備高強度顆粒活性炭提供了科學數據與理論依據。 以杉木屑為原料、H3PO4為活化劑,采用單因素分析和正交實驗設計法,探討了影響顆粒活性炭孔隙結構和碘吸附值、亞甲基藍及強度的各種制備因素,確定了磷酸制備顆粒活性炭的佳工藝條件:磷酸濃度為70 %,浸漬比為180%,捏合溫度為170℃,捏合時間為60min,活化溫度為350℃,活化時間為210min。所制得顆粒活性炭碘吸附值為1020.04mg/g,亞甲基藍吸附值為225mg/g,強度為88.73%,BET比表面積為1486.48m2/g。
實驗結果表明:浸漬比和炭活化溫度對顆粒活性炭吸附性能的影響比較大,而捏合溫度與浸漬比對顆粒活性炭強度的影響比較大。 由于顆粒活性炭的強度隨著浸漬比的提高呈下降的趨勢,且下降的幅度較大,因此提出利用復合活化劑方法制備顆粒活性炭。
實驗結果表明:利用復合活化劑可以降低磷酸與木屑的浸漬比,從而提高顆粒活性炭的強度。同時復合活化劑可以提高顆粒活性炭吸附性能。因此利用此方法可以制得吸附性能好、強度高的顆粒活性炭。對上述所制備的顆粒活性炭,采用比表面積和孔徑分布測定儀,在77K下測定其N2吸附-脫附等溫線,通過BET方程和BJH法計算其比表面積和孔徑分布;并采用掃描電子顯微鏡和傅立葉轉換紅外光譜對其形貌特征及化學官能團進行了表征。
終結果表明:利用復合活化劑制得的顆粒活性炭的比表面積比單一活化劑磷酸制得的顆粒活性炭高,且以微孔為主。不同的復合活化劑可使炭化物表面官能團及其組成結構產生變化,影響顆粒活性炭的吸附性能。掃描電子顯微鏡觀察可知,單一磷酸活化劑活化和復合活化劑活化對產品的外觀形貌有著較明顯的影響。
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